铁路四电工程设计信息模型分类与编码研究

杨长辉

(中铁第一勘察设计院集团有限公司,西安 710043)

铁路四电工程设计信息模型分类与编码研究

杨长辉

(中铁第一勘察设计院集团有限公司,西安 710043)

BIM技术在铁路工程中逐渐应用,需要铁路工程设计信息模型分类与编码标准的支撑。通过研究国内外信息分类与编码,结合铁路四电工程特点,提出铁路四电工程设计信息模型分类与编码的基本理论与体系,以满足BIM技术及铁路工程全生命周期项目管理的需求,为BIM技术在铁路四电工程的应用奠定基础。

铁路；四电工程； BIM；分类编码

随着铁路工程建设信息化程度的不断深入，现有基于二维的建筑表达方式已不能满足本行业进一步发展的要求，实施BIM技术已成为铁路工程建设信息化的现实需求。BIM技术的发展及应用蕴含了建设项目全生命周期管理的理念，不是一个单纯的技术问题，它涉及从项目规划、设计、施工到运营维护等阶段一系列的创新和变革。

“十二五”规划中提出“全面提高行业信息化水平，重点推进建筑企业管理与核心业务信息化建设和专项信息技术的应用”，可见BIM技术、工程信息化与项目管理的结合是发展的必然趋势。工程设计信息分类与编码是BIM技术在工程项目中应用的基础。中国建筑标准院与清华大学正在研究编制建筑工程设计分类与编码标准。铁路行业线路、站场、隧道、桥梁、路基、房建、暖通等专业可以参考建筑工程设计分类与编码标准。由于铁路四电专业中尤其是通信、信号、接触网为铁路行业特有的专业，无法参考建筑工程设计分类与编码标准。为促进BIM技术在铁路四电工程的应用，制定出一套符合BIM技术需求的铁路四电工程设计信息模型分类与编码是十分必要的。

1 BIM概念及应用

BIM 是“建筑信息模型”( Building Information Model) 的简称，BIM 技术是指将建筑工程项目中的单一构件或物体作为基本元素，将描述基本元素的几何数据、物理特性、施工要求、价格资料等相关信息有机地组织起来，形成一个数据化的建筑模型，作为整个建筑工程项目的数据资料库。这些围绕建筑物构件或物体组织起来的数据，不仅只是简单地反映了建筑元素的几何特征、物理属性等特性，相互之间还保持着作为建筑整体一部分的空间关系和逻辑关系，作为虚拟空间的数字化建筑物，形成了完整的、有层次的信息系统。这个模型不仅可以用于设计，还可以用于设备管理、工程量统计、成本计算、运营维护管理等[1-4]。

采用基于BIM技术的四电工程信息管理，可使整个四电工程项目在设计、施工和运营维护等阶段都能够有效地实现建立资源计划、控制资金风险、节省能源、节约成本和提高效率，同时能改变传统的项目管理理念。应用BIM多维度结构化数据库，可以通过数据支撑和技术支撑对铁路四电项目精细化管理起到决定性作用，从而多方位创造项目效益[5]。

2 工程信息分类编码国内外研究现状[6-10]

分类编码是指对特定范畴内信息的体系结构进行组织与描述的方法。信息分类与编码的目的是将事物按某些属性或特征区分开来，并依据相互间的关系将它们组织起来。工业化的标志之一就是行业统一编码。编码在工程管理中的应用，对建筑工程业发展起到了极大的促进作用。

2.1 国外研究现状

目前，在美国、英国、加拿大、新加坡等工业化程度高的国家都已建立了针对本国建筑行业统一的编码体系。以美国为例，20世纪70年代以来，美国逐步建立了UniformatII 和Masterformat等一些比较完善的工程项目编码体系。UniformatII应用于建筑工程前期策划、图纸设计、建筑施工到建筑物拆除等的全过程，它的编码结构已经发展到4个层次；Masterformat用于已有详细设计图纸的项目，在工程造价控制等方面，它与前者交叉使用，实践证明取得了良好的效果。此外，英国还建立了RICK-Uk和SMM7工程项目编码体系，在英联邦国家广泛被接受和使用。

为了实现建筑信息的统一和规范，ISO国际标准组织先后颁布了ISO 12006-2《施工工程信息的组织 第2部分：信息分类框架》，ISO 12006-3《施工工程信息的组织 第3部分：面向对象的信息框架》。现代建筑信息分类编码体系中，以ISO 12006-2为框架的OmniClass和UniClass体系是建筑行业中主要的标准。

2.2 国内研究现状

我国建筑领域存在很多关于建筑信息的分类，如建筑产品目录、建筑工程定额、建筑文献档案、建筑标准规范等；铁路行业也有很多关于信息分类与编码，如铁路工程概预算定额、铁路工程工程量清单、铁路产品目录、铁路运输设备分类与代码基本规定、铁路标准规范等，这些传统体系为满足不同的需要分别从不同的角度对工程信息进行组织，在不同的应用领域发挥了重要的作用。然而，这些传统的分类多是基于一个专业的纵向分类，满足不了跨专业的全生命周期协同作业，主要体现在：

(1)现有信息分类编码体系的线性分类方法不适应铁路信息化技术的发展要求；

(2)目前信息分类局限在各专业的生命周期中，缺乏统一的适用于铁路工程全生命周期的分类框架；

(3)目前只有信息分类编码，而缺少数据字典框架，使信息不能在不同系统、地区、语言中相互映射。

为了支持BIM在铁路工程建设项目全生命周期中的应用，需建立与国际兼容、符合我国实际情况，具有科学性、合理性、适用性的支持BIM的铁路工程分类编码体系。该体系应继承现有建筑信息模型分类编码工作的思想和成果，并涵盖信息语义规范与信息分类编码两部分，以促进信息在同软件系统、不同地区与语言之间进行映射和转换[11]。

3 铁路四电工程设计信息模型分类与编码总体设计要求

在研究准备阶段，通过收集整理和分析国内外相关文献，结合中国建筑标准院及中国铁路BIM联盟有关成果，提出铁路四电工程设计信息模型分类编码研究的总体设计要求。

(1)以铁路四电工程设计信息模型为对象，重点研究其信息分类与信息编码的方法。

(2)铁路四电工程设计信息模型分类与编码中涉及工程项目、专业、阶段、组织角色、行为、资料等铁路信息模型分类与编码，参照铁路标准执行。

(3)本研究成果作为中国铁路BIM联盟“中国铁路信息模型分类与编码标准”的一部分，要求与《建筑信息模型分类与编码标准》和《中国铁路信息模型分类与编码标准》两个标准成果保持兼容。

(4)铁路四电工程设计信息模型分类与编码要求做到科学性、系统性、可延性、兼容性。信息模型编码要做到唯一性、可扩性、简短性、稳定性等。

4 铁路四电工程设计信息模型分类与编码基本理论

铁路四电设备模型构件库规模的增长是极为迅速的，设计企业通过两三年的BIM项目实践，可以积累成千上万的模型构件。如果缺少合理的模型构件分类及编码标准，当资源库所包含的构件数目达到万级，甚至十万级、百万级时，模型构件库的管理、查找、复用的代价将远远超过重新开发的代价。因此，铁路四电BIM模型构件资源的分类编码是铁路建设信息化系统建设管理的主要工作。

4.1 工程设计信息模型分类

信息分类包括线分类体系及面分类体系。线分类法也称层级分类法，是指将分类对象按所选定的若干分类标志，逐次地分成相应的若干个层级类目，并排列成一个有层次、逐级展开的分类体系。线分类法的一般表现形式是大类、中类、小类和细目等，将分类对象一层一层地进行具体划分，同位类的类目之间存在着并列关系，上位类与下位类之间存在着隶属关系[6]。

面分类法又称平行分类法，是指将所选定的分类对象的若干标志视为若干个面，每个面划分为彼此独立的若干个类目，排列成一个由若干个面构成的平行分类体系。面分类法分类时所选用的标志之间没有隶属关系，每个标志层面都包含着一组类目。

铁路四电工程设计信息模型分类需应用到铁路工程建设的规划、设计、施工及运维等工程建设全生命周期，且满足不同的铁路工程项目。采用单纯的线分类体系或面分类体系均不能满足铁路工程建设全生命周期管理理念。铁路四电工程设计信息模型分类应采用面分类与线分类混合体系，首先按照面分类将铁路工程设计信息模型分不同的面，然后将各个面按照线分类进行分类。

4.2 工程设计信息模型编码

工程设计信息模型编码应遵循唯一性、合理性、可扩充性、简明性、适用性、规范性要求。分类表中每条记录都保证有一个独立代码与之对应。尽量采用等长的编码规则，即所有记录的代码长度都是相同的。层次码的高层次编码统一在低位补O；顺序码的小数字编码在高位补0；尽量不使用系列码；保证层次码的每个层级都有相应的代码值，不应有所空缺。另外，每个层级的位数保证固定，在同一代码表中不应有差异[6]。

铁路四电工程设计信息模型在其分类的基础上进行编码，如分类表代码加单位分类表内层级代码、各代码间用英文符号“.”隔开。

5 铁路四电工程设计信息模型分类与编码体系

5.1 铁路四电工程设计信息模型分类体系

铁路四电工程设计信息模型分类框架以ISO 12006—2框架为基础，参照OmniClass分类表(表1)由15个分类表(table)即15个分面(facet)组成[10]、SinoClass分类表(表2)由15个分类表(table)即15个分面(facet)组成[8]。根据铁路工程建设的需要，结合铁路四电工程特点，采用面分类法对铁路四电工程对象进行分类，即将铁路四电工程信息根据其本身固有特征，分为四大类：铁路四电工程成果、铁路四电工程资源、铁路四电工程过程和属性。这四大类铁路四电工程对象按铁路四电工程信息分类表(表3)进行分类，分为16张表。

表1 OmniClass分类

表2 SinoClass分类

表3 铁路四电工程信息分类

铁路四电工程是整个铁路建设项目的一部分，在铁路站前工程即线路、路基、桥梁、隧道、站场、轨道等铁路基础设施的基础上，为保证列车高速、安全、高效、舒适运行的基础设备，包括通信、信号、电力、电气化。分类表中铁路工程、工程建设项目阶段、空间、行为、专业领域、组织角色、工具、信息、材料、属性，与铁路站前专业通用，因此，铁路四电分类编码可以参考SinoClass分类体系及铁路工程站前专业分类体系[12]。

下面以铁路信号为例，建立铁路四电工程设计信息模型分类表中其他分类表实例。

(1)单项工程(按功能分)

铁路工程项目中的一个独立设施，从功能定位上，用于独立实现或完成一项或多项功能(任务)的设施，如表4所示。

表4 单项工程(按功能分)分类

(2)铁路单项工程(按结构形式分)(表5)

表5 单项工程(按结构形式分)分类

(3)铁路工程构件

一个构件要独立或与其他元素共同实现一个特定的功能；本表根据功能进行分类，不考虑构件材料的选用和施工方法，用于项目前期阶段概念设计和表达设计意图。构件是按功能分的单元，由一种或几种产品及材料经过人为组装成的实物，能够完成一种或几种功能。如表6所示。

表6 铁路工程构件分类

(4)铁路工程工项

工项是铁路施工的工法、工艺、工序分类，可参考施工规范分类。不同专业在施工过程，经历的流程或者每一阶段(或步骤)需要的工作内容，如表7所示。

表7 铁路工程工项分类

(5)产品

产品可以通过厂家生产，购买后，安装起来组成一个构件，完成某种特定的功能的部件，一个产品可以在不同的构件中应用。如表8所示。

表8 产品分类

5.2 铁路四电工程设计信息模型编码设计

分类对象编码由表编码、大类代码、中类代码、小类代码、细类代码组成，表编码与分类对象编码之间用“-”连接；大类编码采用6位数字表示，前两位为大类代码，其余四位用0补齐；中类编码采用6位数字表示，前两位为大类代码，加中类代码，后两位用0补齐；小类编码采用6位数字表示，前四位为上位类代码，加小类代码；细类编码采用8位数字表示，在小类编码后增加两位细类代码。

6 结语

针对铁路四电工程的特点，研究提出铁路四电工程设计信息模型分类与编码的基本理论、方法和体系；支持建筑物全生命周期的数据交换与共享、符合BIM信息语义标准、满足BIM技术及铁路工程全生命周期项目管理的需求，为BIM技术在铁路四电工程的应用奠定了基础。

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Research on Information Modeling Classification and Coding for Design of Railway Four Electric/Electronic Systems Engineering

YANG Chang-hui

(China Railway First Survey and Design Institute Group Co., Ltd., Xi’an 710043, China)

BIM technology is gradually applied in railway engineering, which is supported by railway engineering design information model of classification and coding standards. According to domestic and foreign information classification and coding and the characteristics of railway Four Electric/Electronic Systems Engineering, basic theory and system of railway Four Electric/Electronic Systems Engineering design information modeling classification and coding are proposed to meet the need of the BIM technology and the demand of the whole life cycle of railway engineering project management, which has laid the foundation for the application of BIM technology in railway Four Electric/Electronic Systems Engineering.

Railway; Four Electric/Electronic Systems Engineering; BIM; Classification and Coding

2015-03-03；

2015-03-08

中国铁路总公司科技研究开发计划重大课题(2014X007-A)

杨长辉(1981—)，男，工程师，2008年毕业于兰州交通大学交通信息工程及控制专业，工学硕士，E-mail：23894105@qq.com。

1004-2954(2015)08-0160-04

U282； U221

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2015.08.034